[发明专利]一种两阶段的虚拟网络功能转发图设计方法

说明书

本发明公开了一种两阶段的虚拟网络功能转发图设计方法，同时考虑到网络服务请求中的部分VNF之间存在依赖关系，且不同VNF工作特性引起的流量改变率存在差异，将VNF‑FG设计分为两个阶段。第一阶段设计单条SFC结构，最小化逻辑链路带宽总消耗；第二阶段整合多条SFC，减少VNF节点数目。在映射工作中，每个逻辑链路需要映射到一条或多条底层物理链路上，并分配带宽资源；VNF节点需要映射到底层物理服务器上，并且每个VNF节点需要运行在实例化的虚拟机中。因此在VNF‑FG设计中尽量减少链路带宽消耗以及VNF节点数目，可以在后续映射过程中减少链路映射成本和虚拟机实例化的成本。

技术领域

本发明属于虚拟网络功能技术领域，具体涉及一种两阶段的虚拟网络功能转发图设计方法的设计。

背景技术

伴随网络规模的快速膨胀和网络技术的迭代创新，旧有的网络架构日益冗杂僵化。为解决这一难题，人们试图重构现有网络架构，NFV(Network FunctionVirtualization，网络功能虚拟化)作为其中的核心技术，受到了通信行业的密切关注。NFV技术将网络功能从专属硬件中抽离出来，解耦传统设备的硬件与软件，比如多媒体缓存、服务质量监控器、视频转码器、网关和各种代理等。NFV通过虚拟化技术把网元功能部署在虚拟机中，虚拟资源层将网元功能与底层资源分隔开，上层的网元功能是无法感知底层硬件物理资源的，而运营商只需管理和维护底层的硬件物理资源。

现有的运营商网络中，端到端业务传递的报文需要按照某个特定的顺序，经历若干个功能模块节点，SFC(Service Function Chain，服务功能链)的概念就应运而生了。SFC是一个包含网络功能的有序集合，将数据流按照事先规定好的分类规则和策略进行一连串的网络功能处理。SFC作为一种网络服务的提供方式，在NFV环境下得到广泛应用，用软件编程的方式来实现以往用硬件来实现的网络功能，即VNF(Virtualized Network Function，虚拟网络功能)，具有动态创建与删除，灵活性高并且可扩展的特性。SFC在逻辑上表示了数据流所需经过的VNF种类以及次序。VNF-FG(VNF Forwarding Graph，虚拟网络功能转发图)也是用于表征VNF连接关系和流量流向的逻辑拓扑图，它可以包含多个SFC流，提供多个服务。

VNF-FG的结构决定了服务的具体提供方式(VNF处理的前后顺序，VNF的连接关系)。VNF-FG具有源目端系统，这里的端系统可能是一个功能实体，也可能是一个设备端口，比如隧道端点、虚拟网卡等，表明了网络流量在底层网络中的物理源目位置。

在底层网络上部署用户的网络服务请求，进行资源分配，可以拆分为以下四个步骤：

(1)用户向服务提供商请求网络功能，该请求可以同时包含功能性的需求以及非功能性的需求，功能性的需求指具体的网络功能，比如深度报文检测(Deep PacketInspection，DPI)、防火墙(Firewall，FW)等，而非功能性需求通常指的是服务质量(Quality of Service，QoS)。

(2)服务提供商根据用户的网络服务请求，设计出VNF-FG拓扑结构，其中很重要的一点是为每个功能性的需求计算其所需的资源，以满足非功能性的要求。

(3)服务提供商制定部署方案，将VNF-FG中的VNF和虚拟链路映射到NFVI(NFVInfrastructure，网络功能虚拟化基础设施)上，保证功能性需求与非功能性需求同时得到满足。

(4)根据部署方案，服务提供商在物理宿主机上分配资源，启动虚拟机并部署VNF软件，最后通过虚拟链路来连接这些虚拟机。

在上述服务部署的四个步骤中，第二步的结果是作为第三步的输入，并且这两步很大程度上影响了整个服务的QoS以及总成本。目前网络服务部署中主要研究的是第三步的VNF-FG映射问题，而第二步的VNF-FG设计工作研究是比较缺失的。